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AISC 360: Esempio di progetto di connessione a taglio

Esempio di progetto di connessione AISC

Esempio di progetto di connessione AISC. Le connessioni a taglio tra le sezioni a forma di I sono alcune delle connessioni più comuni nella progettazione in acciaio. Per aiutare a comprendere i controlli di progettazione richiesti in conformità con AISC 360, questo articolo utilizzerà un esempio di progettazione per spiegarli. Con questo tipo di connessione, possiamo anche arrivare rapidamente ai risultati di questo esempio attraverso l'uso di Progettazione di connessioni SkyCiv modulo. Assicurati di controllare l'articolo aggiuntivo su progettare una connessione momento.

I calcoli presentati qui utilizzeranno il progetto di sollecitazione ammissibile (ASD) metodo. Se non hai familiarità con la differenza tra ASD e LRFD nella progettazione strutturale, assicurati che guarda il nostro video spiegando questo.

Esempio di progetto di connessione AISC

Per questo esempio, valuteremo la capacità di un collegamento a piastra singola tra una trave W16x50 e un pilastro W14x90 utilizzando le dimensioni e i bulloni indicati di seguito. Questa connessione deve essere in grado di supportare le reazioni di estremità del raggio.

 

Dato:

Carichi a livello di servizio & Materiale:

Reazione da carico morto (RD) = 8.0 kips
Reazione dal carico vivo (RL) = 25.0 kips

Materiale della piastra: ASTM A36, Fy = 36 KSI, Fu = 58 KSI
Materiale trave e colonna: ASTM A992, Fy = 50 KSI, Fu = 65 KSI

Geometria di travi e colonne:

Fascio: L16x50; tw = 0.380 nel, d = 16.3 nel., tf = 0.630 nel
Colonna: L14x90; tf = 0.710 nel.
Piastra di taglio: 1/4 di spessore; 4 1/2 in x 11 nelle dimensioni

Infissi (Bulloni e saldature):
(4) – 3/4-nel.-diametro ASTM A325-N bulloni in fori standard

70-filetti di elettrodi ksi

 

Calcolo del carico:

LRFD:

Reazione finale (Ru) = 1.2(8.0 kips) + 1.6(25.0 kips) = 49.6 kips

ASD:

Reazione ammissibile (Su) = 8.0 kips + 25 kips = 33.0 kips

3D Modello della connessione nel modulo di connessione SkyCiv

Utilizzo del software SkyCiv Connection Design, le diverse parti della connessione verranno ora verificate secondo le verifiche della Sezione J dell'AISC 360:

Resa al taglio della piastra web (L14x90)
Capacità di taglio consentita:Capacità di taglio consentita: Ω = 1.5

Rav = (0.6 Fy Agv / Ω) = [ 0.6 (36 KSI) (0.25 nel) 11.5 nel / 1.5 ] = 41.4 kips

Rapporto di capacità di progetto, DCR:
taglio richiesto, Rv = 33.0 kips
capacità complessiva, Rav = 41.4 kips
DCR = (33.0 / 41.4) = 0.797, ok

 

Piastra Web a Flangia W14x90, Forza di saldatura
Forza delle saldature d'angolo: Ω = 2.0
Dimensione saldatura, t = 0.1875 nel
Il mio nome = 0.6 FEXX

Il mio nome = 0.6 FEXX [ 1.0 + 0.5 peccato ^ 1.5 θ ]
θ = l'angolo che il carico forma con l'asse di saldatura
= 90, per saldature caricate trasversalmente
= 0, per saldature caricate longitudinalmente

Forza per unità di misura della saldatura:Forza per unità di misura della saldatura:
Sollecitazione di saldatura ammissibile, Faw = [ 0.6 (70) / 2.0 ] = 21 KSI
lunghezza trasversale, lt = 23 nel
lunghezza longitudinale, ll = 0 nel
lunghezza effettiva totale, l = lt (1.5) + ll (1.0) = 23 (1.5) + 0 (1.0) = 34.5 nel
(Su / t) = 724.5 kips / nel

Dimensioni effettive (gola) di saldatura d'angolo, un':
0.707 = il coseno o seno di 45deg
a = (0.707) t = 0.133 nel

Su = (Ra / t) t = 724.5 (0.133 nel) = 96.1 kips

Rapporto di capacità di progetto, DCR:
carico richiesto, R = 33.0 kips
capacità complessiva, Ra = 96.1 kips
DCR = (33.0 / 96.1) = 0.344, ok

 

Rottura per taglio della piastra web (L16x50)
Capacità di taglio consentita: Ω = 2.0

Calcolo della profondità netta:
lunghezza totale del foro del bullone(S) = 0.875 nel (4) = 3.5 nel
profondità netta, dnet = 11.5 in − [ 0.875 nel (4) ] = 8.0 nel

Rav = (0.6 Fy Anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (0.25 nel) 8 nel / 2.0 ] = 34.8 kips

Rapporto di capacità di progetto, DCR:
taglio richiesto, Rv = 33.0 kips
capacità complessiva, Rav = 34.8 kips
DCR = (33.0 / 34.8) = 0.948, ok

 

Piastra Web a Web W16x50, Resistenza alla rottura per taglio del blocco
Resistenza al taglio del blocco: Ω = 2.0

(Su / Ω) = (Ubs Fu Ant / Ω) + min [ 0.6 Fy Agv , 0.6 Fu Anv ] / Ω

Componente di rottura della tensione: Ubs= 1.0 (tensione uniforme)
(Ubs Fu Ant / Ω) = [ 1.0 (58 KSI) (1.0625 nel) (0.25 nel) / 2.0 ] = 30.8 kips / in (0.25 nel) = 7.7 kips

Componente cedente al taglio: 0.6 Fy Agv
(0.6 Fy Agv / Ω) = [ 0.6 (36 KSI) (10.25 nel) / 2.0 ] (0.25) = 110.7 kips / in (0.25 nel) = 27.7 kips

Componente di rottura per taglio: 0.6 Fu Anv
(0.6 Fu Anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (7.1875 nel) / 2.0 ] (0.25 nel) = 125.1 kips / in (0.25 nel) = 31.3 kips

Capacità di taglio totale del blocco:Capacità di taglio totale del blocco:
(Su
/ Ω)= 7.7 kips + min [ 27.7 kips , 31.3 kips ] = 35.4 kips

Rapporto di capacità di progetto, DCR:
taglio richiesto, Rv = 33.0 kips
capacità complessiva, Rav = 35.4 kips
DCR = (33.0 / 35.4) = 0.933, ok

 

Piastra Web a Web W16x50, Esempio di progetto di connessione AISC, Esempio di progetto di connessione AISC
1. Resistenza al taglio dei bulloni: Ω = 2.0

Esempio di progetto di connessione AISC 0.768 nel
Resistenza nominale al taglio, Fnv = 54 KSI
Resistenza nominale al taglio (per bullone), Rnv = 0.6 Fnv A partire dal = 0.6 (54 KSI) 0.463 Esempio di progetto di connessione AISC 25.0 kips
(Rnv / Ω) =12,5 kip / bullone

2. Resistenza al cuscinetto dei fori dei bulloni standard: Ω = 2.0
(Ignorando la deformazione del foro del bullone a livello di carico di servizio)

distanza dal bordo, il = 0.84 nel
(chiaro)distanza dal foro adiacente, lc = 2.19 nel
Poiché la distanza dal bordo è inferiore alla distanza adiacente al foro del bullone successivo, la distanza dal bordo controllerà:
(Rnb /
Ω) = (1.2 lc t Fu / Ω) ≤ (2.4 d t Fu / Ω)

Per il bullone esterno (strappo), lc = 0.84 nel:
Rnb = 1.2 lc t Fu =1.2 (0.84 nel) 0.25 nel (58 KSI) = 18.4 kips
(Rnb / Ω) = 9.2 kips

Per il bullone interno (strappo), lc = 2.19 nel:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2 (2.19 nel) 0.25 nel (58 KSI) = 47.6 kips
(Rnb / Ω) = 23.8 kips

Per cuscinetto generale (allungamento del foro del bullone):
Rnb = 2.4 Esempio di progetto di connessione AISC Fu = 2.4 (0.8125 nel) 0.25 nel (58 KSI) = 33.4 kips
(Rnb / Ω) = 16.7 kips

 

Il cuscinetto controllerà il taglio del bullone poiché 9.2 kips < 12.5 kips

3. Capacità del gruppo bulloni
Considerando il minimo tra: capacità di taglio del bullone, cuscinetto e strappo nei fori dei bulloni interni ed esterni.

un'). Capacità del bullone esterno (come sopra stabilito):
(bullone esterno) , Rab = 9.2 kips / bullone

B). Capacità del bullone interno (come sopra stabilito):
(bullone interno) , Rab = 12.5 kips / bullone

c). Capacità dei bulloni come gruppo: somma delle capacità a). e B).
Rab = 1 (9.2 kips / bullone) + 3 (12.5 kips / bullone) = 46.7 kips

Rapporto di capacità di progetto, DCR:
taglio richiesto, R = 33.0 kips
capacità complessiva, Rab = 46.7 kips
DCR = (33.0 / 46.7) = 0.707, ok

 

Rottura per taglio dell'elemento Web (L16x50)
Capacità di taglio consentita: Ω = 2.0

Calcolo della profondità netta:Calcolo della profondità netta:
lunghezza totale del foro del bullone(S) = 0.875 nel (4) = 3.5 nel
profondità netta, dnet =16.3 − [ 0.875 nel (4) ] = 12.8 nel

Rav = (0.6 Fy Anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (0.38 nel) 12.8 / 2.0 ] = 84.6 kips

Rapporto di capacità di progetto, DCR:
taglio richiesto, Rv = 33.0 kips
capacità complessiva, Rav = 84.6 kips
DCR = (33.0 / 84.6) = 0.390, ok

Elemento Web, Controllo del taglio e del cuscinetto del gruppo di bulloni

1. Resistenza al taglio dei bulloni: Ω = 2.0
Esempio di progetto di connessione AISC 0.768 nel
Resistenza nominale al taglio, Fnv = 54 KSI
Resistenza nominale al taglio (per bullone), Rnv = 0.6 Fnv A partire dal = 0.6 (54 KSI) 0.463 Esempio di progetto di connessione AISC 25.0 kips
(Rnv / Ω) =12,5 kip

2. Resistenza al cuscinetto dei fori dei bulloni standard: Ω = 2.0
(Ignorando la deformazione del foro del bullone a livello di carico di servizio)
distanza dal bordo, il = 0.84 nel
(chiaro) distanza dal foro adiacente, lc = 2.19 nel

Poiché la distanza dal bordo è inferiore alla distanza adiacente al foro del bullone successivo, la distanza dal bordo controllerà.
(Rnb / Ω) = (1.2 lc t Fu / Ω) ≤ (2.4 d t Fu / Ω)

Per il bullone esterno (strappo), lc = 0.84 nel:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2(0.84 nel) 0.38 nel (58 KSI) = 27.9 kips
(Rnb / Ω) = 13.9 kips

Per il bullone interno (strappo), lc = 2.19 nel:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2 (2.19 nel) 0.38 nel (58 KSI) = 72.3 kips
(Rnb / Ω) = 36.2 kips

Per cuscinetto generale (allungamento del foro del bullone):
Rnb = 2.4 Esempio di progetto di connessione AISC Fu = 2.4 (0.8125 nel) 0.38 nel (58 kksi) = 50.8 kips
(Rnb / Ω) = 25.4 kips

Il taglio del bullone controllerà il cuscinetto poiché 12.5 kips < 13.9 kips

3. Capacità del gruppo bulloni
Considerando il minimo tra: capacità di taglio del bullone, cuscinetto e strappo nei fori dei bulloni interni ed esterni.

un'). Capacità del bullone esterno (come sopra stabilito):
(bullone esterno), Rab = 12.5 kips / bullone

B). Capacità del bullone interno (come sopra stabilito):
(bullone interno), Rab = 12.5 kips / bullone

c). Capacità dei bulloni come gruppo: somma delle capacità a). e B)
Rab = 12.5 kips + 3(12.5 kips) = 50.0 kips

Rapporto di capacità di progetto, DCR:
taglio richiesto, R = 33.0 kips
capacità complessiva, Rab = 50.0 kips
DCR = (33.0 / 50.0) = 0.660, ok

Tabella riassuntiva per tutti i controlli critici

In alternativa, se sei già un ingegnere esperto e hai familiarità con il processo di progettazione per una semplice connessione a taglio, il processo può essere sostanzialmente abbreviato, grazie ai tavoli di design offerti nell'AISC 360 Manuale di progettazione:

Taglio del bullone, Taglio di saldatura, e cuscinetto a bullone, Cedimento al taglio, Rottura di taglio, e rottura per taglio a blocco della piastra

Prova quattro file di bulloni, 1/4-nel. spessore della piastra, e 3/16 pollici. dimensione della saldatura d'angolo.

Dal manuale AISC Tabella 10-10a:

LRFD

Rn = 52.2 kips > 49.6 kips, ok

ASD

Rn = 34.8 kips > 33.0 kips = Ra, ok

Cuscinetto a bullone per trave Web

Rottura per taglio del blocco, lo snervamento da taglio e la rottura per taglio non controlleranno per una sezione non coperta.

Dalla tabella del manuale AISC 10-1, per una sezione non affrontata, la forza disponibile della rete del fascio è:

LRFD

Rn = 351 kips / in. (0.380 nel.) = 133 kips > 49.6 kips = Ru, ok

ASD

Rn = 234 kips / in. (0.380 nel.) = 88.9 kips > 33.0 kips = Ra, ok


Esempio di progetto di connessione AISC (la versione pdf è disponibile qui: ASD Connection Design Report.pdf ). allo stesso modo, l'esempio della versione LRFD può essere trovato in questo collegamento: LRFD Connection Design.pdf.

Mico Dalistan Product Developer
Mico Dalistan
Sviluppatore del prodotto
BEng (Civile)

RIFERIMENTI:

AISC 360 Specifiche costruzioni in acciaio strutturale
Esempi di progettazione AISC v14.1 (ESEMPIO II.A-17, pagine IIA-60 a 61)
Software di progettazione della connessione SkyCiv: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/

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